В широкой стенке волновода

Известно, что круглое отверстие связи, расположен­ное на широкой стенке волновода, является натравлен­ным элементом связи (|А|≠|F|), причем собственная на­правленность круглого отверстия связи может быть как положительная |А|>|В|, так и отрицательная |А|<|В|, и зависимости от расположения отверстия связи относи­тельно середины широкой стенки волновода h.

С учетом толщины общей стенки собственная направ­ленность круглого отверстия связи определяется соот­ношением:

(76)

Изменение величины А₊ в диапазоне длин волн при разных значениях h было исследовано раньше и пред­ставлено графически на рис. 8. Зависимости величины А_– для отверстия связи того же диаметра даны на рис. 27.

На основе приведенных графиков для А₊ и А_– по­строены характеристики собственной направленности круглого отверстия связи в диапазоне длин волн 0,5λ_кр÷0,8λ_кр при разных h (рис. 28).

Из соотношения (76) при условии F _e /F _m ≈1 следует, что собственная направленность круглого отверстия свя­зи не зависит от его диаметра, а ее доведение в диапазо­не определяется только положением отверстия связи относительно середины широкой стенки волновода

Рис. 28. Характеристики собственной направленности круглого от­верстия связи при различном положении его относительно оси

волновода.

В первом приближении, когда общая стенка направ­ленного ответвителя настолько тонкая, что F _e ≈F _m ≈1, условием бесконечной отрицательной направленности будет:

(77)

Соответственно условие бесконечной прямой направ­ленности запишется в виде:

(78)

Исследуя поведение элемента связи в виде круглого отверстия в диапазоне длин волн а <λ<2 а, определим из условия (77) интервал значений h₊, при которых отверстие связи обладает теоретически бесконечной отри­цательной собственной направленностью, а из условия (78) – интервал значений h ₊, при которых собственная направленность может быть бесконечной и положитель­ной.

Из соотношений (77) и (78) соответственно получим:

(79)

<80)

Выражения (79) и (80) определяют интервалы значе­ний h:

(81)

(82)

Однако из соотношений (81) и (82) вовсе не следует, что в диапазоне a <λ<2 а при h _– собственная направ­ленность отверстия связи только отрицательная, а при h ₊ – только положительная (рис. 28).

Из выражения (80) получим, что для обеспечения максимальной положительной направленности в середине диапазона длин волноводного канала (0,5λ_кр÷0,8λ_кр)

Если F _е ≠1, то собственная направленность круглого отверстия связи зависит как от положения отверстия от­носительно оси волновода, так и от его диаметра.

При конструировании (направленных ответвителей со многими круглыми отверстиями связи и с максимально возможной направленностью в диапазоне (нагрузки ответвитеия считаются

идеальными) естественно встает вопрос о распределении амплитуд волн А_–, возбуждаемых отверстиями связи, по какому-либо закону. Это рас­пределение обратных амплитуд будет наиболее эффек­тивно в том случае, если для каждого отверстия связи выполняется условие:

(83)

В этом случае соотношения между амплитудами обрат­ных волн, возбуждаемых отверстиями, сохранятся в со­ответствии с выбранным законом распределения и на краях рабочего диапазона, где А_– достигает наибольших значений. Условие (83) выполняется при определенном значении h _N (величина h _N зависит от диаметра отвер­стия связи).

Одна из таких зависимостей h _N от для волноводного канала 12,6x28,5 приведена на рис. 29.

Сравнение значений h _N, приведенных на рис. 29, со значениями h _опт для того же канала (рис. 9) показывает, что значения h _N и h _опт достаточно близки для больших отверстий связи.

Таким образом, условия минимального перепада пе­реходного ослабления направленного ответвителя и усло­вия максимальной направленности не могут быть удов­летворены одновременно, так как h _N≠ h _опт.

В практических конструкциях направленных ответви­телей со многими отверстиями связи центры отверстий располагаются на расстоянии h ^*_опт от оси волноводного канала, которое является оптимальным по переходному ослаблению для большинства элементов связи, опреде­ляющих в основном переходное ослабление ответвителя.

Направленные ответвители с круглыми отверстиями связи, сделанные по ранее описанному принципу, при h ^*_опт обеспечивают направленность в диапазоне волно­водного канала, при перепаде переходного ослабления ±0,5–0,7 дб, не ниже 35 дб.